Lebensbausteine um junge Sonnen entdeckt

Sternentstehungsregion IRAS 16293-2422 und Nahansicht des Moleküls Methylisocyanat (Grafik: ESO/L. Calçada)

Astronomen haben in der Staubhülle junger sonnenähnlicher Sterne einen wichtigen Lebensbaustein nachgewiesen. Es handelt sich um Methylisocyanat, ein Molekül, das als Materiallieferant und Wegbereiter für Peptide gilt. Diese organische Verbindung wurde zwar schon im Eis von Kometen und um massereiche Protosterne entdeckt, ob jedoch auch junge Sonnen diesen Lebensbaustein besitzen, war bisher unklar. Der Nachweis mit den ALMA-Teleskopen belegt dies nun. Das könnte helfen zu verstehen, wie das Leben auf der Erde seinen Anfang nahm.

Methylisocyanat (CH3NCO) erscheint auf den ersten Blick nicht gerade als idealer Lebensbaustein. Denn diese organische Verbindung ist hochgiftig. Sie reagiert stark mit den Biomolekülen in Schleimhäuten und anderen Geweben und verursacht schwere Verätzungen. Als diese Chemikalie beim Chemieunfall von Bhopal im Jahr 1984 freigesetzt wurde, starben tausende Menschen an den Folgen dieses Giftgases. Dennoch könnte das Methylisocyanat einst als Lieferant für wichtige Lebensbausteine gedient haben: "Diese Art organischer Moleküle ist an der Synthese von Peptiden und Aminosäuren beteiligt, die als Proteine die biologische Basis für Leben bilden, wie wir es kennen", erläutern Niels Ligterink von der Universität Leiden und seine Kollegen. Das organische Molekül enthält nicht nur Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff und damit wichtige Elementbausteine von Aminosäuren. Seine Struktur ähnelt auch der der Peptidbindung – und damit der chemischen Verknüpfung, die Aminosäuren zu größeren Einheiten wie Peptiden zusammenhält. "Damit ist dieses Molekül spannend, weil es direkt mit für die Bildung von Lebensbausteinen nötigen Chemie verknüpft ist", so die Forscher.

Dass das Methylisocyanat im Weltall durchaus von Natur aus vorkommt, haben bereits zuvor Beobachtungen gezeigt. So wies die ESA-Landesonde Philae dieses Molekül im Eis des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko nach. Zudem haben Astronomen Methylisocyanat auch schon in der Staubscheibe um zwei massereiche Protosterne nachgewiesen. Ob aber dieser potenzielle Lebensbaustein auch bei jungen sonnenähnlichen Sternen vorkommt und demnach dort spontan entstehen kann, war bisher unklar. Jetzt haben zwei Forscherteams in einem rund 400 Lichtjahre entfernten Mehrfachsternsystem gezielt nach dem spektrometrischen Signal dieses Moleküls gesucht. Für ihre Studie werteten sie Daten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile zum Sternsystem IRAS 16293-2422 aus. Dieses besteht aus mehreren sehr jungen sonnenähnlichen Sternen, die jeweils von einer rotierenden Staub- und Gasscheibe umgeben sind – ähnlich wie unsere Sonne kurz nach ihrer Entstehung.

Nachweis im Sternenlicht

Und tatsächlich: Die Analysen des Radiospektrums zeigten bei jedem der jungen Sterne von IRAS 16293-2422 Spuren von Methylisocyanat. Die charakteristische Signatur dieses Moleküls ließ sich vor allem in den warmen, dichten inneren Regionen des Kokons aus Staub und Gas um die jungen Sterne nachweisen, wie die Forscher berichten. Nähere Analysen ergaben, dass die Dichte des Methylisocyanats in den Gaswolken rund 50 Billiarden Moleküle pro Quadratzentimeter beträgt. Das bedeutet, dass rund jedes zehnmilliardste Gasmolekül in den Sternhüllen nicht aus Wasserstoff, sondern aus Methylisocyanat besteht. Damit scheint klar, dass auch die Umgebung junger sonnenähnlicher Sterne die Voraussetzungen für die Bildung dieses Lebensbausteins bietet. "Über das Ergebnis sind wir besonders erfreut, da diese Protosterne der Sonne zu Beginn ihres Lebens sehr ähnlich sind und dieselben Bedingungen aufweisen, die für die Entstehung erdgroßer Planeten förderlich sind", erklärt Rafael Martín-Doménech vom Centro de Astrobiología in Madrid, einer der Teamleiter. "Das könnte bedeuten, dass wir ein weiteres Puzzlestück in der Frage gefunden haben, wie das Leben auf unseren Planeten kam."

Um zu verstehen, wie das Methylisocyanat in der Umgebung solcher Sterne entstehen konnte, führten die Forscher Laborexperimente durch und simulierten die Bildung in Computermodellen. "Unsere Laborexperimente zeigen, dass sich Methylisocyanat unter sehr kalten Bedingungen, die ähnlich denen im interstellaren Raum sind, tatsächlich auf Eispartikeln bilden kann", berichtet Ligterink. Bei Experimenten im Ultrahochvakuum und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht entstanden die Moleküle aus Vorläuferverbindungen wie Methan und Isocyansäure – und dies sogar noch bei extrem kalten interstellaren Temperaturen von nur 15 Kelvin – das entspricht minus 258°C. Die Modellierungen ergaben zudem, dass die Oberfläche der Staubkörner in den Akkretionsscheiben um die Sterne besonders günstige Bedingungen für solche Reaktionen bieten. "Dies bedeutet, dass diese Moleküle – und damit auch die Basis für Peptidbindungen – tatsächlich mit großer Wahrscheinlichkeit in der Nähe der meisten neuentstandenen sonnenähnlichen Sterne zu finden sind", sagt Ligterink.

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